O Mundo das Partículas

Brian SouthworthGeorges Boixader

O Mundo das Partículas De que é feito o nosso Universo De onde vem? Porque se comporta assim?

Não temos ainda as respostas para estas perguntas, no entanto, nos últimos anos temos descoberto uma grande quantidade de informação sobre o Universo que nos rodeia.

Esta pesquisa tem-nos revelado que, para além da evidência daquilo que os nossos olhos permitem ver, há um mundo diferente de partículas minúsculas e mensageiros que viajam entre elas … mudando constantemente no espaço, no tempo e na energia. Este livro de banda desenhada apresenta o fascinante mundo das partículas e parte do seu maravilhoso comportamento.

Um dos laboratórios onde se fazem pesquisas relacionadas com as partículas, é o CERN, O Laboratório Europeu de Física de Partículas.

Apresentaremos aqui, as poderosas máquinas do CERN: os aceleradores e os detectores, máquinas onde se criam e estudam as partículas.

Assim, sem mais preâmbulos, vamos às partículas …

Capítulo 1

PartículasFundamentais eInteracções

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O CERN continua a tradição de observar o nosso mundo e procurar compreendê-lo.

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Os cientistas no CERN procuram os pedaços mais pequenos da matéria, e

estudam, como é que estes constroem o nosso mundo.

Esta investigação tem sido feita, pelo menos, desde o tempo dos filósofos gregos.

Eureka!

Fogo Ar

ÁguaTerra

Eureka!

Eureka!

No século 19, os químicos identificaram os átomos de muitos elementos.

Recentemente, os físicos já encontraram partículas ainda mais

pequenas no interior do átomo.

Nós já aprendemos bastante mas, ainda há muitas perguntas sem resposta. São essas respostas que os

cientistas do CERN procuram.

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Senhoras e senhores:

O electrão!No início do século XX, os cientistas aperceberam-se de que a nuvem de partículas (nuvem electrónica) que existe no exterior dos átomos é a responsável, por quase todo o comportamento da matéria.

Então, descobriu-se que o minúsculo núcleo que está no centro dos átomos, de diâmetro menor que, a milionésima parte de uma milionésima de centímetro, contém outras partículas chamadas protões e neutrões.

Sou a partícula que dá origem à …

E agora …

o núcleo! Nós somos a origem de todas as formas de energia nuclear e, alguns de nós, somos usados; na medicina,

na indústria e na agricultura.

Mas agora, também descobriram que nós, o neutrão e o protão,

contemos peças ainda mais pequenas.

Emissão de luz

À electricidade

Às propriedades mecânicas

À química

À electrónica

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Descobriram-se muitas partículas …

… e estudou-se as suas propriedades.É bastante estranho, mas podes apanhar numa gota de água,

mil milhões de milhões de milhões de partículas como eu; os cientistas no CERN, necessitam de grandes e complicados

equipamentos para averiguar como eu sou.

Temos visto partículas pesadas com propriedades insólitas, chamadas: Charm

(encanto), Bottom (fundo), Top(topo) e Strangeness (estranheza)

Muitas delas parecem girar como piões.

Descobrimos que as partículas podem ter carga eléctrica.

Strangeness

Charm

Bottom

Top

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Mas se descobrimos tantas partículas com todas essas propriedades tão raras, será que estaremos realmente a aprender como funciona o nosso Universo? Como poderemos

pôr ordem nesta confusão?

As partículas, podem-se classificar em famílias de acordo com as suas

propriedades.Os membros de cada família comportam-se

todos da mesma maneira.

E por que é que se comportam de igual maneira os membros da mesma família?

Porque dentro delas existem outras partículas menores,

que lhes dizem como se devem comportar …

Por exemplo, num protão descobriu-se umas partículas

pequeníssimas a que chamamos quarks.

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Com os quarks constroem-se partículas como os protões e os neutrões, e com estes, constroem-se os núcleos que, juntos com os electrões, dão lugar aos átomos. Será que encontrámos como é feito o nosso Universo?

Electrão

Átomo

NúcleoProtão

Quark

Eureka?

Não, de forma nenhuma. Ao estudar os quarks, descobrimos que existem mais coisas do que as necessárias para formar átomos.

Porque existirão esses “fulanos” a mais, se não fazem falta para construir o nosso mundo?

Haverá mais alguma coisa dentro dos quarks? E nos electrões?

Temos ainda muitas perguntas sem resposta!

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Ao estudar estas partículas, constituintes de toda a matéria, julga-se que todo o seu comportamento é controlado por diferentes tipos de forças.

A mais conhecida é a força electromagnética que junta o nosso conhecimento sobre o magnetismo …

Muito atractivo

… e a electricidade, como no caso dos electrões, (de carga negativa) que se mantêm ligados à volta do núcleo

(de carga positiva) para formar os átomos.

Cheio de força!

Que mantém unidos os protões e os neutrões nos núcleos.

E também há, uma força “fraca” menos intensa que as outras!

No entanto, há uma força, chamada de “forte” cem vezes mais forte.

O neutrão, quando se desintegra, dá origem a outras partículas. A desintegração do neutrão

é uma forma de radioactividade.

Pobre neutrão tão fraco!

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Já compreendemos como se comportam as partículas quando sujeitas à influência de forças

electromagnéticas

Os electrões, negativos, comunicam com os protões, positivos, para formar átomos …

… utilizando partículas mensageiras, chamadas fotões que todas as partículas carregadas emitem em todas as

direcções.

A permuta de fotões mantém unidas as partículas carregadas, tal como acontece com as bolas de um malabarista. Este, apesar de trocar as bolas consegue mantê-las juntas.A comunicação, estabelece-se, quando outra

partícula recebe um destes fotões.

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A força forte, mantém unidos os núcleos e, prende fortemente os quarks dentro dos protões, de tal maneira que, ainda não foi possível retirar um quark sem que ele traga consigo partículas mensageiras.

Há outra força bem conhecida, a força gravítica, que nos mantêm sobre a Terra e, por sua vez, a Terra ligada ao Sol.

No entanto, o efeito da força gravítica sobre as

partículas mais pequenas, é tão insignificante que podemos

ignorá-la.

Por isso, as partículas mensageiras que transportam a força forte chamam-se gluões (do

inglês “glue”, cuja tradução é cola).

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A força fraca, que desintegra os neutrões, parece ser muito misteriosa.

Isto aplica-se também a umas partículas muito difíceis de apanhar chamadas neutrinos Grandes quantidades de neutrinos

escapam em todas direcções provenientes das reacções existentes no

Sol e noutras estrelas.

Enquanto as estrela brilharem, estas irão produzir neutrinos e a força fraca actuará.

A interacção dos neutrinos com as outras partículas, é de tal forma fraca que estas podem atravessar a Terra sem dificuldade. Neste momento, estás sendo atravessado por milhões e milhões

de neutrinos.

Agora que os conhecemos melhor, poderemos

produzi-los e estudá-los no CERN.

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Na década 1970, os cientistas deram um grande avanço para a compreensão do comportamento das partículas.

Lá se vai um neutrino!

Conseguiram uma teoria única para explicar conjuntamente a força electromagnética e a força fraca.

Isto é muito surpreendente, porque a força fraca é mesmo, muito fraca.

A nova teoria foi confirmada no CERN através da grande descoberta das partículas mensageiras pesadas, chamadas W e Z, que transportam a força fraca, da mesma maneira que os fotões transportam a força electromagnética.

Sou fraco

Esta descoberta permitiu a dois cientistas do CERN ganhar o prémio Nobel, em 1984.

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Este mundo das partículas e o seu comportamento são estudados no CERN … … e descritos pelos físicos em diagramas matemáticos

O grande sonho dos cientistas do CERN, é um dia serem capazes de compreender todas estas coisas complicadas e traduzi-las em poucas e simples leis.

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Quarks

a matéria normal é constituída por partículas da primeira geração-as mais leves. As partículas mais pesadas são produzidas e estudadas em laboratórios como o CERN

Partículas fundamentais da matéria

Leptões

upcharm top

down1ª geração

strange2ª

botton3ª

electrão muão tau

neutrino – tau3ª

neutrino do muão 2ª

neutrino do electrão1ª geração

Tijolos e argamassa da Natureza

e as partículas que interactuam entre elas

Gravitões – que se prevê serem transportadores

das interacções gravitacionais- ainda não

foram encontrados.

fotões que transportam a interacção electromagnética

As partículas W e Z transportam interacção fraca …

… e os gluões que transportam a interacção

forte.

Capítulo 2

Os Aceleradores

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Mais de 7000 cientistas de centros de investigação de todo o mundo participam nas experiências do CERN

Vêm para usar as grandes máquinas do laboratório, onde as partículas são aceleradas até

altas energias.

Tudo isto para estudar como se comportam as partículas mais

pequenas

… e o resultado das suas colisões pode ser visto nos grandes detectores de partículasPode-se fazer com que estas partículas de alta energia choquem umas contra

as outras …

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Se houver suficiente energia numa colisão, pode-se criar novas partículas, já que a matéria

e a energia se podem inter-relacionar (E=mc2)

Nos aceleradores do CERN, fabricam-se e estudam-se novas

partículas e, assim, os cientistas procuram

mais a fundo no interior da estrutura

da matéria.

Também, quanto maiores são as energias das partículas aceleradas, mais profundamente elas podem penetrar na

matéria

A quantidade de energia das partículas aceleradas é bastante

pequena. O que conta é a sua concentração.

… mas tem um efeito drástico ao concentrar-se sobre um alfinete.

Assim como o peso de um elefante não tem grandes efeitos quando se distribui sobre uma grande superfície …

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A maior parte dos aceleradores não são muito grandes ou fora do comum.

Muitos de nós temos um em casa

Um televisor tem quase todas as características básicas das máquinas do CERN: uma fonte de partículas e meios para acelerar, guiá-las e detecta-las

E os campos electromagnéticosaceleram estes …

Libertam-se electrões aquecendoum filamento metálico …

E guiando-os …

… sendo detectados

quando chocam com os ecrãs do televisor

A minha imagem é feita com electrões acelerados.

Eu tenho tido um pequeno CERN em casa todo este tempo!!

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As partículas são aceleradas porque têm carga eléctrica.

Por exemplo, um electrão que passa entre duas peças metálicas ligadas a uma bateria

de 1,5 V …

… é empurrado do terminal negativo para o terminal positivo

Os grandes aceleradores funcionam assim:

Somos injectados a baixas energias

Terminamos com altas energias

Viajamos no vazio para não chocarmos com as moléculas do

ar

Em cada volta, os campos eléctricos dão-nos um “ponta-pé”para

aumentar a nossa energia

os ímanes conduzem-nos por uma trajectória circular e

assim, voltamos para receber outro “ponta pé”

Com este pequeno “ponta-pé”, a energia do electrão aumenta

1,5 electrões- volt(eV)

Nos aceleradores do CERN, estes” ponta-pés” são repetidos …

… milhões de vezes para alcançar

altas energias

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O primeiro acelerador do CERN usava protões. Era do tipo “sincrociclotrão”, usado principalmente para estudar o núcleo.

Os electrões movem-se em espiral à medida que foram adquirindo acelaração em cada volta, até que alcançam uma energia de 600

milhões de electrovoltes (600 MeV)

Os protões resultam dos átomos de hidrogénio aos quais foram retirados os electrões através de campos eléctricos

gerados no centro da máquina …

… seguindo uma trajectória curva no campo do íman circular da máquina.

Esta energia é suficiente para alterar um núcleo …

… transformando-o em interessantes formas

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Com o sincrociclotrão iniciou-se um programa de investigação que continua até hoje no CERN, chamado ISOLDE. No ISOLDE

transforma-se o chumbo em ouro.Mas, infelizmente em quantidades

muito pequenas. São outros núcleos que interessam aos cientistas do CERN.

Os núcleos podem ser estudados em condições extremas, como as que ocorrem quando se

introduzem partículas, a mais, dentro deles

Isso permite obter nova informação acerca do núcleo, de modo semelhante ao de um

botânico que recolhe dados sobre diferentes híbridos de uma planta.

Alguns destes novos núcleos, chamados isótopos, usam-se na indústria, na medicina, e na agricultura …

… e o conhecimento de como se unem os núcleos entre si serve para explicar a formação das estrelas

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Em 1959, o CERN pôs em funcionamento o que então era o acelerador de maior energia do mundo, uma máquina de 28 mil

milhões de electrão volt (28 GeV) chamado sincrotrão de protões

Os protões do sincrotrão atingem quase a velocidade da luz e a sua “massa relativa” aumenta até ser quase

trinta vezes maior que em repouso

O sincrotrão de protões foi uma máquina com muito êxito, utilizada em centenas de experiências e chegou a acelerar mil vezes mais protões do que o esperado. Agora acelera partículas de vários tipos que passam por outras máquinas.

Todos a bordo do sincrotrão de protões!

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Essa foi a primeira indicação de que as interacções fracas e as electromagnéticas seguem as mesmas

regras.

No sincrotrão de protões, os cientistas descobriram que por vezes um neutrino podia colidir com um protrão e sair como neutrino umas vezes e outras vezes como

sendo outra partícula.

Noutras experiências mediu-se o pequeno campo magnético de umas partículas chamadas muões, com

uma precisão de poucas partes por milhão.

As experiências no sincrotrão de protões têm sido a fonte de muitas partículas, o que tem aumentado o nosso

conhecimento sobre este mundo das partículas

Isto confirma a nossa teoria do electromagnetismo

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Para poder penetrar mais profundamente no conhecimento da matéria, o CERN construiu um super sincrotrão de protões que entrou em funcionamento em 1976, alcançando

energias de 400 GeV

Esta máquina tem sete quilómetros de circunferência, e cruza a fronteira franco – suíça

Ela está instalada num túnel a 40 metros de profundidade de modo a não perturbar o

ambiente.

Dispara feixes de protões com altas energias contra alvos tais como peças de metal

Os ímanes podem seleccionar um tipo

determinado de partículas entre todas as que saem

E estas podem chocar com os protões num

grande volume de hidrogénio ou de outro

material.

As partículas resultantes podem ser detectadas e

analisadas

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O acelerador proporciona feixes de altas energia e intensidade … Por exemplo,

feixe de neutrinos

Alguns dos estudos mais precisos sobre o comportamento dos neutrinos foram feitos

por esta máquina

Também se realizaram experiências que mostram que os quarks dos núcleos se comportam de forma diferente dos quarks em partículas independentes

O super sincrotrão de protões já acelerou núcleos, por exemplo de chumbo, até se alcançar energias enormes, com a esperança de libertar quarks e gluões de um estado semelhante à “sopa” de partículas que pode ter existido pouco depois do aparecimento

do Universo.

Os estudos desta “sopa” continuarão na nova máquina do CERN: o LHC, Grande Colisionador

de Hadrões.

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Quando se fazem colidir feixes de altas energias, passa a haver mais energia disponível para criar ou transformar

partículas.

Quando os protões provenientes do super protão sincrotrão colidem com um alvo estacionário, sucede algo parecido com o que se passa numa mesa de bilhar; após o choque das bolas, a maior parte da energia vai para o movimento das bolas.

A colisão de feixes é semelhante à de duas bolas de bilhar quando chocam uma com a outra; toda a energia da colisão está disponível para produzir fenómenos

interessantes

Porém, é necessário armazenar muitas partículas por cada feixe, caso contrário, as colisões seriam pouco prováveis, como ocorre com

dois disparos simultâneos em armas de caça os “Chumbinhos”passam uns

através de outros

As primeiras colisões intensas, entre feixes de protões, foram produzidas, no CERN, em 1971 numa máquina célebre: ISR, anéis de

armazenamento interceptados.

32

Os colisionadores de feixes são mais baratos se for possível fazer com que as partículas viajem em sentidos opostos, num só anel de

ímanes

O truque está em enviar partículas para um lado e, antipartículas para outro; os campos eléctricos que empurram os protões num sentido puxam os

antiprotões em sentido contrário.

As antipartículas são criaturas estranhas.Parecem ser iguais às partículas, só que têm propriedades opostas.

Podemos imaginar um mundo global que seria o contrário do nosso, com átomos feitos de antielectrões

(chamados de positrões) com antiprotões e antineutrões nos núcleos.

A previsão foi feita com base em equações matemáticas que tinham duas soluções:

uma para a matéria e outra para a antimatéria.

Foi feita a previsão de existência de antimatéria em 1928, e

foram descobertas as primeiras antipartículas cinco anos mais tarde.

33

O positrão foi a primeira antipartícula

a ser descoberta. Esta partícula foi

encontrada quando se observava, no topo de

um edifício alto, os raios cósmicos.

Actualmente as antipartículas fazem-se de uma maneira rotineira. A partir da colisão de um feixe de partículas contra um alvo. Quer as partículas quer as

antipartículas emergem.

Ao juntar-se a matéria e a antimatéria, dá-se uma explosão dando lugar a energia. Se um homem pudesse dar a mão a um antihomem, o resultado seria catastrófico.

No início do Universo, no Big Bang, matéria e antimatéria formaram-se em quantidades iguais. No entanto, a natureza preferiu a matéria. Para saber porquê,

necessitamos de estudar a antimatéria

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Não é fácil juntar suficientes antiprotões num feixe para colidirem contra protões.

No entanto, no CERN inventou-se uma forma

de o fazer.

Produziram-se muitos feixes desordenados de antiprotões

a partir de um alvo.

Depois estes foram conduzidos por campos magnéticos para um anel especial.

Observa-se o seu comportamento num

ponto do anel …

… e a informação envia-se para outro ponto, para que os campos

eléctricos os possam ordenar.

Depois de várias horas, milhões e milhões de antiprotões são colocados, formando um feixe organizado.

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Depois desta invenção, foi possível ao CERN, fazer colidir os protões e os antiprotões no super sincrotrão de

protões.

Eles tinham, suficiente energia combinada para produzirem partículas W e Z, confirmando a junção dos fenómenos eléctrico, magnético e radioactivo.

Isto deu-nos, a nós, cientistas, a esperança de compreender todos os fenómenos da mesma maneira.

O super sincrotrão de protões, já não se usa como colisionador. Agora, o CERN utiliza os seus antiprotões em experiências de muito

baixa energia …

… por exemplo, capturando antiprotões e positrões em garrafas magnéticas e misturando-

os para conseguir átomos de antihidrógeno.

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Os cientistas têm que fazer um esforço de imaginação para decidir quais as máquinas de que irão necessitar para as suas

investigações nos próximos anos.

… ou os colisionadores de protões, que permitem as altas energias mas que têm a complicação de muitos quarks e gluões. O CERN está a construir uma máquina deste tipo o LHC, o grande colisionador de Hadrões.

Presentemente les podem escolher entre colisionadores de electrões e de positrões, os quais dão colisões simples mas são mais difíceis de elevar a altas energias,

Em 1989, o CERN pôs em funcionamento o LEP, o maior colisionador de electrões e

positrões do mundo. … para investigar a matéria em

condições que nunca antes se havia conseguido.

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O LEP encontra-se a dezenas de metros abaixo dos campos franceses e suíços,

… instalado em túnel de uns quatro metros de diâmetro, perfurado com uma precisão de um centímetro num anel de 27 km de circunferência.

Os aceleradores de protões do CERN já existentes foram modificados para injectarem electrões e

positrões no LEP

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Durante a construção do LEP, foram desenvolvidas novas tecnologias, incluindo o uso de betão, para separar lâminas de ferro de imanes, de campos magnéticos baixos

Para absorver moléculas de gás, mantendo-as afastadas das partículas circulantes, utilizou-se na câmara de vácuo, mais de 20 km de um material,

a “cinta captadora”, que também é utilizada nos aparelhos de televisão

Ímanes especiais concentram as partículas em feixes concentrados …

… e as cavidades supercondutoras aceleram as partículas no seu percurso.

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A construção do LEP, que foi o maior instrumento científico do mundo, com os seus milhares de complexos componentes de alta tecnologia, é um triunfo para a industria e tecnologia europeias.

quatro grandes detectores de partículas, conhecidos como ALEPH, DELPHI, OPAL e L3,estudaram as colisões de electrões-positrões às mais altas energias nunca

alcançadas.

40

Uma vez completa a tarefa do LEP, serão utilizados ímanes mais potentes para guiar protões e núcleos atómicos, em vez de electrões e positrões, em volta do anel de 27 km, no novo Grande Colisionador de Hadrões, o LHC

41

Para construir o LHC a tecnologia tem sido forçada ao limite. Os novos ímanes curvos aceleradores serão os mais poderosos que já se fez.

Para produzir o campo magnético serão necessárias intensidades de corrente eléctrica muito elevadas.

Um cabo muito fino de um supercondutor utilizado nos ímanes transporta tanta corrente como todos estes cabos

em cobre.

A supercondutividade é um fenómeno a baixa temperatura de modo que todos os ímanes

serão arrefecidos por um superfluido de hélio líquido a cerca de

–271ºC

Uma linha de distribuição com um projecto especial

transportará líquido criogénico à volta do anel.

E para assegurar que não há nada no caminho dos feixes de partículas

o vácuo no interior do acelerador será de melhor qualidadedo que no espaço.

… e os detectores

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Uma câmara de bolhas, estava cheia de um líquido muito frio e a uma pressão muito elevada.

No passado, os físicos estudaram as partículas usando os detectores de partículas chamados câmara de bolhas e fotografavam as marcas do percurso deixadas pelas

partículas.

Quando as partículas passavam através da câmara, a pressão do líquido baixava e este entrava em ebulição.

Formavam-se bolhas ao longo do percurso das partículas que aqueceram o líquido

As fotografias mostravam então, as linhas formadas pelas bolhas, revelando

onde as partículas estiveram.

46

A maior câmara de bolhas foi chamada de BEBCC - The Big European Bubble

Chamber (a grande câmara de bolhas

europeia)

Continha 40 000 litros de hidrogénio líquido arrefecido à temperatura de

–247ºC

Baixando este pistão, baixa a pressão, permitindo a

formação de bolhas.

A câmara estava envolvida por um poderoso

supercondutor magnético que produzia um elevado campo

magnético, encurvando o percurso das partículas

carregadas

Aqui estão duas imagens típicas de uma câmara de bolhas

Nesta fotografia, uma partícula sem carga não

deixa rasto, converte-se num electrão e num positrão, cujos

rastos são visíveis.

Esta é uma fotografia histórica obtida em 1973, contém a primeira evidência indirecta das partículas Z.

47

Os detectores modernos, como os do LEP, são electrónicos e

maiores que uma casa.

Rodeiam o ponto de colisão das partículas

A informação vinda de uma só colisão é equivalente à de uma lista

telefónica

Registam as direcções de saída das partículas e medem a sua energia.

Grandes ímanes encurvam as trajectórias das partículas revelando qual a carga eléctrica que têm.

Para recolher e analisar toda a informação são necessários

grandes computadores

48

Várias técnicas são usadas para detectar partículas,

tais como, marcar as mais pequenas perturbações eléctricas causadas por

estas, no seu trajecto e em resultado da ruptura dos

átomos.

O espaço entre os fios é preenchido por gás

Cortinas de fios são a base de muitos detectores de partículas

E os fios estão com alta voltagem

Quando uma partícula atravessa esta câmara- de- fios,”parte” os

átomos de gás provocando pequenos distúrbios eléctricos …

… os quais vão ser detectados pelo próximo fio, dizendo aos cientistas onde é que a partícula

passou.

Para grande precisão, alguns detectores usam chips de silicone como os das máquinas digitais para gravar os rastos deixados pelas partículas

Outra técnica é medir a energia que a partícula perde nas suas colisões com

as outras partículas,ao longo do seu caminho

Os aparelhos que medem esta energia são chamados de calorímetros

49

Num grande detector, a região da colisão está rodeada por cortinas de fios, calorímetros e outros detectores

para observar os resultados

Sofisticados dispositivos electrónicos controlam o disparo dos detectores quando há uma colisão

importante, Assim, os cientistas não têm de estar sempre presentes

Toda a informação produzida por estes detectores é analisada por computadores

O inventor dos detectores electrónicos no CERN foi

galardoado com o prémio Nobel em

1992

Estes detectores aplicam-se por exemplo em hospitais.

50

Esta imagem mostra o rasto deixado por uma partícula. Resulta de uma das primeiras colisões no LEP em 1989. Os círculos brancos, são o limite exterior do

detector, os azuis, são os rastos das partículas e, as caixas, representam a energia registada nos calorímetros

Nesta imagem, uma partícula Z, criada numa colisão, originou um electrão e um positrão, por decaimento. As linhas vermelhas, mostram o detector, as azuis e verdes,

os rastos do electrão e do positrão, e as caixas a respectiva energia.

Nesta, a partícula Z, sofreu um decaimento em duas partículas W, que, por sua vez, decaíram ficando dois quarks. O que se vê no detector são quatro”jactos” de

partículas distintos

Esta imagem mostra uma das mais elevadas colisões energéticas no LEP. Foi registada em 2000. Criou

uma grande expectativa porque poderia ter sido a percursora de uma nova descoberta

51

Um dos detectores do LHC, é tão grande como um prédio de seis andares No seu interior têm lugar

uns 800 milhões de colisões individuais protão- protão,

em cada segundo

O que equivale a uns 800 milhões de listas de telefone.

As colisões protão-protão no LHC permitirão aos cientistas

estudar as condições

… que existiam quando o Universo nasceu.

Os detectores do sucessor do LEP, o LHC, tornam minúsculos os detectores do LEP

52

Analisar todos estes dados é um grande desafio

A quantidade de dados produzidos por segundo é suficiente para encher uma

pilha de CD-ROM, com uma altura, várias vezes maior que a Torre Eiffel

Mesmo retirando aquilo que não interessa, ainda resta muito para

analisar todos os anos

Cientistas de todo o mundo serão envolvidos

Sofisticados dispositivos electrónicos foram desenvolvidos para filtrar e registar

dados …

… para analisa-los, um novo conceito de trabalhar em rede, chamado “Grid”está a ser desenvolvido, com

a “Grid” os cientistas terão uma forte ferramenta informática de

acesso aos dados …

E de uma maneira tão fácil como acender uma lâmpada

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Uma das mais importantes questões que o Grande Colisionador de Hadrões abordará, será a estrutura da matéria e o

mistério da massa.

Este aparente conceito familiar contém ainda um mistério no que diz respeito às partículas fundamentais.

As massas ainda são muito importantes …

Se os electrões fossem mais leves, seríamos muito maiores …

… e se fossem mais pesados seríamos muito mais

pequenos

Se os electrões não tivessem massa não existíamos

E se as partículas W e Z fossem menos

pesadas que os electrões, o Sol podia

não ter o tempo suficiente para a formação da vida

inteligente

Como vês, perceber a massa das partículas é na verdade muito importante

54

A massa não é a única questão que o LHC irá

tratar esclarecer

Matéria e antimatéria foram criadas em iguais quantidades no Big Bang

mas, agora, toda a antimatéria parece ter desaparecido, as experiências no LHC tentarão saber porquê

Com os telescópios só conseguimos ver um décimo da matéria no Universo. O que se

passa com os restantes 90% de “ matéria Escura”, ninguém sabe.

Talvez uma “supersimetria” que junte a matéria e as partículas mensageira possa

explicar o que é. Num outro novo projecto, o CERN fará disparar um feixe de neutrinos para o laboratório de Gran Sasso, na Itália, para saber mais sobre

estas partículas elusivas.

Capítulo 3

A organização do CERN

57

À sua maneira, os cientistas têm que lutar para decidir quem usa as máquinas do CERN.

Apresentam as suas ideias à comissões que aceitam ou rejeitam as experiências

Para construir e manipular os grandes detectores, assim como, executar as experiências, pode ser

necessária a colaboração de centenas de cientistas

Não há nada de secreto nas experiências e, todos os resultados são publicados

É investigação pura, sobre a natureza do Universo que nos rodeia.

Não têm nada que ver com as aplicações da energia

nuclear.

58

No início da década de 1950, cientistas e políticos europeus decidiram criar um grande laboratório de Física para manter a elevada qualidade dos físicos, na Europa e, ao mesmo tempo manter unidos os países que se encontravam

divididos pela guerra.

Começou por ser “O Conselho Europeu para a Investigação Nuclear”, de onde provêm as

siglas CERN

A convenção assinada em 1953 estabeleceu a organização.

Em 2000, o CERN tinha 20 estados membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Bulgária, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Grécia, Holanda, Hungria, Itália, Noruega, Polónia,

Portugal, Reino Unido, República Checa, República Eslovaca, Suécia e Suiça

59

A máxima autoridade do CERN é o Conselho, que normalmente se reúne duas vezes por ano, no qual, cada estado membro está representado por um cientista e um funcionário de administração científica

Independentemente da sua dimensão, cada país tem o mesmo peso nas votações do Conselho.

É o Conselho quem autoriza a maioria dos novos e grandes projectos ou melhoramentos nas instalações de investigação. Também vota o orçamento do CERN e nomeia o Director Geral do laboratório

60

O Conselho é ajudado nas suas tarefas por duas Comissões.

A comissão de Política Científica, que controla o desenvolvimento científico do laboratório

Esta, é constituída por cientistas seleccionados pelo seu reconhecido valor científico, independentemente do seu país de

origem.

A Comissão Financeira controla o desenvolvimento financeiro do CERN.

É constituída por especialistas financeiros de cada Estado Membro

A administração do Laboratório é conduzida pelo Director Geral

61

A proporção com que cada estado membro contribui para o CERN está de acordo com o seu

rendimento interno bruto.

O orçamento anual, corresponde a uma contribuição de cerca de dois francos suíços, por ano e por habitante, de cada Estado

Membro.

A indústria europeia calcula que, em média, por cada franco suíço de negócios com o CERN, se produz uns três francos suíços, na criação de novos negócios.

O CERN trabalha com a Indústria Europeia com a moderna tecnologia de ponta incluindo a electrónica, comunicações, vácuo, informática, meteorologia, engenharia civil, supercondutividade, tecnologia de aceleradores e detecção de partículas. Foram os cientistas do CERN que inventaram a World Wide Web.

62

Tudo isto acontece num lugar bonito perto de Genebra, na Suíça.

O laboratório é facilmente acessível para os cientistas que vão fazer as

suas experiências

Genebra recebe assim, muitas organizações internacionais e, está bem apetrechada para as receber

Além disso, devido ao aumento das suas máquinas, o CERN estendeu-se ao “Pays de Gex”, em França. É o único laboratório do mundo que cruza fisicamente uma

fronteira.

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Milhares de cientistas de estados não membros, sentem-se também atraídos pelas inigualáveis instalações de investigação do

laboratório. O CERN, é um triunfo da ciência internacional

Hoje em dia, contribuem para o CERN vários estados que não são

membros: Canadá, os Estados Unidos, a Índia, Israel, Japão e

Rússia

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É necessário para a investigação em física de partículas que todos os que trabalham no CERN sejam especialistas em muitas áreas. Assim, pode-se dividir estes trabalhadores em quatro categorias.

Mais de um terço, são cientistas e engenheiros

Um quarto, são técnicos ou desenhadores.

Um quarto, são operários E restos são administrativos

Cerca de 7000 pessoas trabalham no CERN. Destas, cerca de 2000 é pessoal do CERN, os restantes estão de passagem para as suas

investigações.

Quase todos os trabalhadores são provenientes dos estados membros … mas,

não por quotas nacionais.E, entre esta gente toda, ninguém ainda me compreendeu … no

entanto continuam a tentar

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E com isto nos despedimos Esperamos que tenham gostado, do mundo das partículas, tal como nós. Temos ainda muito que aprender, para aumentar o conhecimento humano e o seu

controlo do seu meio ambiente … À nossa saúde!

FIM!

Os autores, desejam exprimir o seu agradecimento, ao falecido professor Leon van Hove, a quem se deve a ideia deste album.

Publicado pela primeira vez em 1978

Edição Janeiro de 2001

Tradução portuguesa: Manuela Alves Moreira do Amaral, em 2005

Produzido: CERN Desktop Publishing

Trabalho fotográfico do CERN

Organização Europeia para a Investigação Nuclear

Laboratório Europeu de Física de Partículas

http://www.cern.ch/